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JVM GC 类型对比

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JVM GC 类型对比

JVM 提供的 GC（Garbage Collection）按回收范围和回收器实现两个维度分类。理解不同 GC 类型的特点，是 JVM 调优和面试的核心。

一、按回收范围分类

JVM 中的 GC 事件按发生区域分为三类：

GC 类型回收范围触发条件特点
Minor GC / YGC新生代（Eden + Survivor）Eden 区满频繁、速度快（~20-50ms）、STW
Major GC / Full GC整个堆（Young + Old + Metaspace）老年代满 / 晋升失败 / 元空间不足罕见、极慢（~秒级）、全程 STW，性能杀手
Mixed GC新生代 + 部分老年代 RegionG1GC 特有，并发标记完成后触发平衡延迟与吞吐，G1GC 的设计核心

Minor GC / YGC

  • Minor GC 和 YGC（Young Generation GC） 是同一个概念，只是命名角度不同
  • Minor GC = 从规模角度（相对于 Major/Full）
  • YGC = 从区域角度（回收 Young Gen）
  • 在 jstat -gc 输出中以 YGC / YGCT 列标识

Full GC

  • 最重的 STW 事件，性能影响最大
  • 不同 GC 回收器的 Full GC 触发条件不同（详见下方对比）

二、按回收器实现分类

JVM 提供了多种垃圾回收器实现，从早期的串行到现代的低延迟并发收集器：

1. Serial GC（串行回收器）

项目说明
启用-XX:+UseSerialGC
JDK 版本JDK 1.3+，JDK 9 前是 Client 模式默认
特点单线程回收，全程 STW
适用堆 < 100MB、单核 CPU、桌面应用、测试环境
不适用服务端应用、大堆、低延迟要求

虽然最古老，但在小堆 + 单核场景下开销最小。

2. Parallel GC（并行回收器 / 吞吐量优先）

项目说明
启用-XX:+UseParallelGC
JDK 版本JDK 1.4.3+，JDK 8 默认
特点多线程并行回收，追求高吞吐量
适用批处理任务、科学计算、后台作业
不适用低延迟交互式应用（全程 STW）

吞吐量 = 用户代码运行时间 / (用户代码运行时间 + GC 时间)。Parallel GC 目标是最大化这个值。

3. CMS（Concurrent Mark Sweep）— ⚠️ 已移除

项目说明
启用-XX:+UseConcMarkSweepGC
生命周期JDK 1.4.2~JDK 8 主流，JDK 9 弃用，JDK 14 正式移除
特点并发标记+清除，减少 STW 时间
致命缺陷内存碎片化、Concurrent Mode Failure → 退化为 Serial Old（FGC 极慢）
替代G1 GC

面试高频：CMS 为什么被移除？① 内存碎片 ② Concurrent Mode Failure ③ 无法处理浮动垃圾 ④ G1 全面超越。

4. G1 GC（Garbage-First）— 🏆 当前默认

项目说明
启用-XX:+UseG1GC（JDK 9+ 默认）
JDK 版本JDK 7u4 实验 ~ JDK 9 正式默认 ~ 至今
设计思想Region 化堆 + 优先回收垃圾最多的 Region（“Garbage-First”）
Pause 目标可配置 -XX:MaxGCPauseMillis=200，通常 50~200ms
最大堆约 32TB

G1GC 工作流程：

初始标记(STW) → 并发标记 → 最终标记(STW) → 筛选回收(STW)
   ↓              ↓              ↓              ↓
标记GC Roots  标记存活对象    处理引用更新   优先回收垃圾最多
                                              的 Region（Mixed GC）

核心技术：

  • 堆划分为 Region（1~32MB），新生代/老年代不再连续
  • Mixed GC：一次回收新生代 + 部分老年代 Region
  • Remembered Set：记录跨 Region 引用，避免全堆扫描
  • SATB（Snapshot-At-The-Beginning）：并发标记时保证正确性

5. ZGC（低延迟回收器）

项目说明
启用-XX:+UseZGC
JDK 版本JDK 11 实验 ~ JDK 15 正式 ~ 至今
Pause 时间< 10ms（与堆大小无关！）
最大堆16TB+
设计思想染色指针（Colored Pointers）+ 读屏障（Load Barriers），几乎全并发

核心技术：

  • 染色指针：利用 64 位指针的高 4 位存储 GC 元数据（Finalizable、Remap、Marked0、Marked1）
  • 读屏障：应用线程读取对象时，如果对象正在被 GC 移动，屏障修正引用
  • 全并发：除初始标记/最终标记外，所有阶段并发，STW 极短

JDK 21+ 变化：

  • 引入 Generational ZGC（实验性 -XX:+ZGenerational）
  • 分代后吞吐量显著提升，JDK 23 基准测试显示 CPU 开销甚至低于 G1

6. Shenandoah GC

项目说明
启用-XX:+UseShenandoahGC
JDK 版本JDK 12 实验 ~ 至今
Pause 时间< 10ms
设计思想Brooks Pointer + 读写屏障，全并发压缩
注意Oracle JDK 不包含，仅 OpenJDK / Red Hat 构建

与 ZGC 的关键区别：

维度ZGCShenandoah
屏障读屏障（Load Barrier）读屏障 + 写屏障（Load + Store Barrier）
指针技术染色指针（Colored Pointer）Brooks Pointer（转发指针）
堆压缩全并发全并发
分代支持JDK 21+ Generational ZGC（实验）JDK 24+ Generational Shenandoah（实验），JDK 25 正式稳定

7. Epsilon GC（无操作回收器）

项目说明
启用-XX:+UseEpsilonGC
JDK 版本JDK 11+
行为分配对象但不回收，堆满即 OOM
适用性能测试、极限压测、生命周期极短的微服务

不是”真正的” GC，而是用于测量 GC 开销的基准线工具。

三、GC 回收器总对比

回收器原理JDK 版本默认?Pause 时间吞吐量堆大小适用场景
Serial单线程 STW始终否(JDK9+)~秒级低(单核)<100MB桌面/测试
Parallel多线程 STW始终JDK8 默认~秒级最高~8GB批处理/离线
CMS ❌并发标记清除1.4~13否~百毫秒中~8GB❌ 已移除
G1 🔥Region + Mixed GCJDK7+JDK9+ 默认~50-200ms中高~32TB通用服务端
ZGC染色指针 + 读屏障JDK11+否<10ms中16TB+大堆低延迟
ShenandoahBrooks 指针 + 读写屏障JDK12+否<10ms中TB级OpenJDK 低延迟
Epsilon不回收JDK11+否N/AN/A不限基准测试

CMS 已在 JDK 14 移除，仅作了解，面试中会被问及”为什么被 G1 替代”。

四、GC 选型指南（JDK 21+）

场景推荐 GC理由
堆 < 4GB，单机应用Serial / Parallel最小开销
批处理、离线计算Parallel GC吞吐量优先
通用 Web 服务 / 微服务G1 GC（默认）平衡延迟与吞吐，自调优
大堆 > 32GB，低延迟要求ZGC<10ms 停顿，TB级堆
金融、游戏、广告（超低延迟）ZGC 或 Shenandoah<10ms 目标
高分配率 + 低延迟Generational ZGC (JDK 21+) / Generational Shenandoah (JDK 25+)分代后吞吐显著提升
基准测试 / 压测Epsilon GC消除 GC 干扰

快速记忆口诀

小堆串行大堆并    （Serial 小堆，Parallel 大堆）
服务均衡用 G1     （通用服务端默认）
超低延迟 ZGC 行   （<10ms 停顿）
CMS 已死好好停    （JDK 14 已移除）

五、启动参数速查

# Serial GC
-XX:+UseSerialGC
 
# Parallel GC（JDK 8 默认）
-XX:+UseParallelGC
-XX:ParallelGCThreads=<N>       # GC 线程数
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy      # 自适应大小调整（默认开启）
 
# G1 GC（JDK 9+ 默认）
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200        # 目标停顿时间（默认 200ms）
-XX:G1HeapRegionSize=<N>        # Region 大小（1~32MB）
-XX:G1NewSizePercent=5          # 新生代初始占比
 
# ZGC
-XX:+UseZGC
-XX:ZAllocationSpikeTolerance=2.0  # 分配波动容忍度
 
# Generational ZGC（JDK 21+ 实验）
-XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational
 
# Shenandoah（OpenJDK 专属）
-XX:+UseShenandoahGC
 
# Epsilon（无操作/基准测试）
-XX:+UseEpsilonGC

六、面试高频题

  1. Minor GC 和 YGC 是什么关系？ → 完全等价，不同命名角度
  2. G1 GC 为什么能替代 CMS？ → CMS 碎片化 + Concurrent Mode Failure，G1 无碎片 + 可预测停顿
  3. ZGC 如何做到 <10ms？ → 染色指针 + 读屏障 + 全并发设计
  4. Parallel GC 和 G1 GC 如何选择？ → 吞吐优先选 Parallel，延迟优先选 G1
  5. CMS 为什么被移除？ → 内存碎片、CMF 退化为串行 FGC、浮动垃圾无法处理
  6. Generational ZGC 和 Shenandoah 的前景？ → 分代是大趋势，JDK 21+ 逐步成熟

参考链接

Graph View

Backlinks